CeO2晶面调控与氧空位在CO2催化转化中的研究进展

稀土催化材料在石油化工、化石燃料催化燃烧等领域发挥着重要作用。二氧化铈(CeO₂)作为重要的稀土金属氧化物，因其优异的氧存储能力和稳定的面心立方结构被广泛用于催化反应中。重点介绍CeO₂在CO₂催化转化方面的应用及近期的研究进展，包括CH₄-CO₂重整反应，CO₂与甲醇直接反应合成碳酸二甲酯以及CO₂催化加氢制甲醇反应。阐述CeO₂形貌调控对晶面暴露、氧空位浓度的影响以及CO₂在催化剂表面吸附解离过程，展望CeO₂基催化剂的发展方向。     

CeO2基催化剂在CO2和甲醇合成碳酸二甲酯中的研究进展

CO₂是主要的温室气体之一，发展CO₂化学转化技术是实现碳达标、碳中和战略目标的关键。利用CO₂和甲醇合成碳酸二甲酯(DMC)是近年来的研究热点，其中开发价廉、高效、高稳定性的催化剂是目前的难点。Ce O₂因优异的储放氧能力、丰富的氧空位及适宜的表面酸碱性，使得Ce O₂基催化剂得到广泛应用。综述了纯Ce O₂、负载型Ce O₂及Ce O₂基复合氧化物催化剂的催化性能，讨论了催化剂晶型和形貌、氧缺陷位及酸碱性对催化效率的影响，为进一步设计优化催化剂提供参考。     

助剂对ZnO/ZrO2物化性质及催化性能的影响

CO₂加氢制甲醇是实现碳中和目标的有效途径。尽管已报道的ZnO/ZrO₂催化剂具有高活性和稳定性,但其催化性能仍有望进一步提高。采用浸渍法制备得到一系列不同元素掺杂的Ma-ZnO_x/ZrO₂催化剂,并通过评价发现只有Ga促进了ZnO/ZrO₂催化剂催化CO₂加氢制甲醇。其中,5%Ga-ZnO_x/ZrO₂催化剂表现出优异的催化性能,在反应条件：P=3 MPa、T=320℃、V(H₂)∶V(CO₂)=4∶1、气体质量空速(WHSV)=24 000 mL/(g·h)时CO₂转化率为7.2%,甲醇选择性为81.0%,甲醇时空产率可达410 mg/(g·h),是ZnO/ZrO₂的1.26倍,且在反应100 h内催化性能无明显衰减。X射线光电子能谱(XPS)和电子顺磁共振(EPR)表征发现,适量Ga助剂的掺入可以促进催化剂中氧空位的形成。...     

Sn掺杂的In2O3催化CO2选择性加氢制甲醇

选择性加氢制甲醇是CO₂资源化利用最主要的方式之一,因此十分需要开发高效的合成甲醇催化剂。本研究采用共沉淀法在In₂O₃中掺杂Sn来调控In₂O₃的还原能力和表面氧空位浓度,以提升In₂O₃催化剂在CO₂加氢制甲醇中的催化性能。通过XRD、TEM、H₂-TPR、H₂-D₂-TPSR、Raman、XPS、CO₂-TPD等表征手段,研究了Sn助剂对催化剂结构和表面化学性质的影响;并通过高压固定床装置测试了催化剂的催化性能。结果表明,Sn在In₂O₃中高度分散并倾向于在表面富集,与In₂O₃形成Sn—O—In结构,促进了表面氧空位的生成,且能抑制In₂O₃的过度还原,从而使得Sn-In₂     

铈锆复合氧化物催化HCl氧化中相互作用机制

采用浸渍法制备了不同负载量的ZrO₂/CeO₂·（xZr/Ce）和CeO₂/ZrO₂·（yCe/Zr）两组催化剂。并采用XRD、Raman、N₂-Sorption、TEM和H₂-TPR等手段对xZr/Ce和yCe/Zr的结构和性质进行表征,并结合HCl催化氧化活性研究CeO₂与ZrO₂在反应体系中的相互作用。结果显示,CeO₂表面掺杂适量的Zr⁴⁺可以增加xZr/Ce表面氧空位浓度,提高其HCl氧化反应活性;但当CeO₂表面掺杂过量的Zr⁴⁺,Zr元素会以ZrO₂的形式存在于xZr/Ce表面,覆盖氧空位,降低了xZr/Ce的反应活性。对于yCe/Zr催化剂,ZrO₂表面高分散的CeO₂有利于催化活性的提高,但ZrO₂表层负载的CeO₂对催化活性的贡献具有阈值,当CeO₂负载量超过10%后,额外增加的铈物种对催化活性已无显著促进作用;对比发现xZr/Ce的氧空位主要来自于铈锆固溶体,yCe/Zr的氧空位主要来自于高分散的CeO₂,由铈锆固溶体产生的氧空位对活性提升更有利;与纯组分CeO₂相比,xZr/Ce与yCe/Zr两组催化剂在苛刻条件下的长期稳定性测试中均表现出高反应稳定性。     

CO2和甲醇直接合成碳酸二甲酯催化剂研究进展

CO₂和甲醇直接合成碳酸二甲酯(DMC)是降低碳排放和利用碳资源的有效途径，具有重要的研究价值。综述近年来CO₂和甲醇直接合成DMC催化剂的研究成果，重点介绍了不同催化体系(均相、非均相、添加脱水剂)对直接合成DMC的催化作用及反应机理，并对后续催化剂的研究方向和应用前景作了展望。     

光致热催化还原CO2研究进展

基于光热催化在CO₂还原及制备碳氢燃料方面的优势,重点介绍了光热催化分类中的光致热催化还原CO₂反应,包括其反应机理、近期进展、应用及催化剂分类。同时,从强化光反应、热反应、表面反应不同方面对光致热催化还原CO₂反应的性能提升策略进行了归纳分析。该反应可将CO₂和H₂O催化生成C1、C2产物,光照下催化剂表面局部温度的升高有利于增强光致热催化CO₂还原反应速率。最后,对该方向存在的问题进行了深入分析,提出了未来主要研究方向的建议。     

金属氧化物催化CO2与甲醇合成碳酸二甲酯的研究进展

CO₂是主要的温室气体。近年来随着工业的大力发展，CO₂的排放量迅猛增加，严重影响着人类的生存环境。将CO₂转化成有价值的化工产品，受到了研究领域的广泛关注。其中将CO₂与产能过剩的甲醇作为原料，生产碳酸二甲酯（DMC），既能减少CO₂排放，又能产生有价值的绿色产品DMC。本文简述了影响CO₂转化的因素，即受热力学限制和CO₂活化困难；重点介绍了具有酸碱活性中心的金属氧化物ZrO₂、CeO₂以及复合金属氧化物催化剂的催化性能和反应机理，并分析了影响催化活性的主要原因：表面酸碱性能决定了催化活性；进一步分析了催化剂表面的酸碱性来源于Lewis酸碱位和Br?nsted酸性位。对于开发高效的金属氧化物催化剂未来的研究方向提出了展望: 通过调控催化剂的晶相和形貌、增加氧空位和羟基官能团、掺杂碱性或者酸性物种来改变催化剂表面的酸碱性，并且向催化系统中添加脱水剂。最后指出了由于CO₂分子的稳定性很难被活化，需进一步深入研究其活化CO₂的机理，提高CO₂的转化率。     

ZrO2-Al2O3复合氧化物催化反应精馏合成碳酸二甲酯

采用共沉淀法制备了一系列不同Al₂O₃含量的ZrO₂-Al₂O₃复合氧化物,并在催化精馏实验装置中考察了该催化剂在碳酸丙烯酯（PC）与甲醇酯交换制备碳酸二甲酯（DMC）过程中的催化性能。通过X射线衍射（XRD）、红外光谱（FTIR）、X射线光电子能谱（XPS）、CO₂程序升温脱附（CO₂-TPD）和NH₃程序升温脱附（NH₃-TPD）等手段对所制备的催化剂进行了表征。结果表明,催化剂表面存在的酸碱性位点是制约PC与甲醇酯交换性能的重要因素。复合氧化物中Al₂O₃含量可以有效调控催化剂的结构特征和表面的酸碱性质,不同于ZrO₂或Al₂O₃单金属催化剂,复合氧化物ZrO₂-Al₂O₃在合成过程中形成了稳定的固溶体结构,导致催化剂表面弱酸量增加,并产生了强碱位点。数据分析表明,催化剂表面的强碱和弱酸含量高时,其催化活性高,说明该反应具有酸碱协同催化作用。当Zr/Al比为1时,弱酸和强碱量均达到最大值,PC的转化率和DMC选择性可达到98.14%和99.96%。催化剂在经过12次循环使用后依旧保持较高的活性,具有良好的结构稳定性。     

ZrO2基复合催化剂的应用研究进展

综述了ZrO₂基复合催化剂在醇脱水制备烯烃、CO₂甲烷化、CO₂加氢合成甲醇、甲烷燃烧、光催化降解处理有机污染物的应用研究进展,展望了ZrO₂基复合催化剂的应用前景及发展方向。     

CO2合成醇酯类化学品和高分子材料研究进展

我国作为煤炭大国,燃烧化石燃料产生大量CO₂。通过化学作用将CO₂转化为能源燃料、基础化学品或高分子材料,有利于实现碳氧资源综合利用。从CO₂直接利用和间接利用的角度出发,分别综述了CO₂资源化利用研究进展。直接利用方面,重点阐述了CO₂直接加氢合成甲醇和乙醇;同时CO₂可作为羰化剂合成有机碳酸酯和高分子材料,包括碳酸二乙酯、聚碳酸酯和CO₂基可降解聚合物。在间接利用方面,重点综述了CO₂经碳酸乙烯酯的酯交换反应合成碳酸二甲酯,以及碳酸乙烯酯加氢制备甲醇联产乙二醇的研究进展。CO₂加氢直接合成甲醇催化剂主要包括铜基催化剂、贵金属催化剂,由于贵金属的成本高,廉价的Cu基催化剂研究较为广泛。CO₂加氢直接合成乙醇研究较广泛的催化剂为贵金属(Rh、Pd、Ru)基催化剂体系,还需进一步研究廉价、高活性和高稳定性的催化剂。CO₂与乙醇直接合成碳酸二乙酯(DEC)研究较多的催化剂为铈基多相催化剂,但由于生成物中水分的影响,限制了DEC的收率。环氧化物和CO₂耦合反应生成DEC过程中不产生水,可以有效克服热力学的限制,因此高能化合物与CO₂的耦合路线是高效制备DEC的有效途径。CO₂与环氧化物共聚制备聚碳酸酯材料多采用稀土三元催化剂体系,环氧化物的转化率和聚碳酸酯选择性较高,目前已经实现工业应用。CO₂通过碳酸乙烯酯与甲醇酯交换合成DMC,多使用碱性较强的催化剂和含碱性基团的离子交换树脂。CO₂经碳酸乙烯酯加氢制备甲醇和乙二醇的反应中,铜基催化剂展现出优异的催化性能。CO₂化学转化利用是CO₂碳氧资源综合利用的重要途径,将有效支撑我国未来碳中和目标实现。     

CO2光热催化还原研究进展

CO₂光热催化转化是一种新型的CO₂利用技术,该过程绿色、经济且无须额外能量输入,是当下的热门研究领域之一。本文主要总结了CO₂光热催化转化领域的最新研究进展,介绍了基于光热转化的光热催化剂设计方法,同时从光热催化机理出发解析了CO₂还原反应的光热催化剂构建策略,并揭示了CO₂还原反应中的光热协同耦合机制,为光热催化剂的设计以及CO₂的高效转化和利用提供参考。     

CO2光热催化还原研究进展

CO₂光热催化转化是一种新型的CO₂利用技术,该过程绿色、经济且无须额外能量输入,是当下的热门研究领域之一。本文主要总结了CO₂光热催化转化领域的最新研究进展,介绍了基于光热转化的光热催化剂设计方法,同时从光热催化机理出发解析了CO₂还原反应的光热催化剂构建策略,并揭示了CO₂还原反应中的光热协同耦合机制,为光热催化剂的设计以及CO₂的高效转化和利用提供参考。     

铈锆固溶体CexZr1-xO2上H2S的选择性催化氧化性能

采用共沉淀法合成一系列具有不同Ce/Zr物质的量比的铈锆固溶体Ce_xZr_1-xO₂,考察Ce/Zr比例对H₂S选择氧化反应催化活性的影响。通过XRD、BET、Raman、XPS、CO₂-TPD、O₂-TPD、H₂-TPR等手段对铈锆固溶体的晶体结构、表面性质、碱性位以及氧化还原性等进行表征。结果表明,所有的铈锆固溶体催化剂均可以在化学计量比的氧气下具有优良的低温催化活性,催化活性随着Ce/Zr比例的提高而增加,其中Ce_0.9Zr_0.1O₂活性最高,(160~260) ℃转化率均保持在95%以上,在180 ℃时硫收率可达到97%,这主要是因为Ce_0.9Zr_0.1O₂具有最多的中度碱性位、活性位数量和强的氧化还原性。同时推测Ce⁴⁺为催化反应的活性位,并遵循氧化还原机理。此外,催化剂的失活主要是由于催化剂表面生成硫酸盐物种,消耗了活性组分Ce⁴⁺。     

ZnZr/HZSM-5双功能催化剂在合成气与苯烷基化反应中的催化性能

将系列锌锆金属氧化物与HZSM-5分子筛耦合制备成双功能复合催化剂,并将其应用于合成气与苯烷基化反应。研究结果表明,ZnO是合成甲醇的主要活性组分,ZrO₂的加入能够促进ZnO分散,同时其表面具有的氧空位可促进CO的活化,二者结合方式显著影响反应活性。SEM、XPS、CO-TPD等表征结果表明,ZnO与ZrO₂相结合不仅能够提高ZnO的分散度,而且能调控氧化物表面的氧空位浓度,当二者形成固溶体时,锌在氧化锆中的分散度最大,表面氧空位浓度最高,CO吸附量最大,催化活性最高。锌锆结合方式一定时,锌含量是影响催化活性的另一重要因素,n(Zr)/n(Zn)=2的锌锆固溶体与HZSM-5以质量比1∶2耦合表现出最高的催化活性,CO和苯的转化率为34.65%和35.82%时,甲苯和二甲苯的总选择性高达85.24%。     

热助光催化CO2还原研究进展与展望

光热催化是一种极具前途的CO₂还原策略,可利用太阳光谱的广泛吸收来激发热化学和光化学过程的结合,从而协同推动催化反应的进行,使CO₂在较为温和的条件下实现高效转换。作为光热催化的一种,在光催化中引入热能,可提高太阳光利用率,促进载流子的激发和分离,加快反应分子扩散,提升反升性能。对当前光热催化CO₂还原的概念和原理进行分类,并对热助光催化还原CO₂反应的研究现状进行总结。基于反应产物的差异,介绍热助光催化反应的催化剂选择、反应条件和反应机理,同时介绍了该类反应试验过程中关键的局部测温技术,最后对热助光催化CO₂还原技术的发展进行了展望,未来的研究重点应是提升CO₂转化率和产物选择性,同时利用先进的原位表征技术和理论计算对反应机理进行探究。     

CeO2-Al2O3复合载体负载Ni基催化剂催化COx共甲烷化性能

通过浸渍沉淀法分别制备Ni/Al₂O₃、Ni/CeO₂和Ni/CeO₂-Al₂O₃催化剂，并对其分别进行不同CO/CO₂比例下COx共甲烷化性能评价。发现Ni/Al₂O₃催化剂催化CO转化为CH4的能力明显高于Ni/CeO₂，而催化CO₂甲烷化的性能则相反。采用Ni/CeO₂-Al₂O₃催化剂，可以在提高CO转化率的同时而不降低CO₂转化率。结合BET、XRD、TPR、TPD和原位红外等各种表征手段，发现CeO₂掺杂虽然降低了催化剂的比表面积和金属Ni的分散度，但却可明显提高其吸附活化CO₂的能力，这主要是由于具有较高含量氧空位的CeO₂的掺杂可以提高载体表面碱性位，促使共甲烷过程中CO_...     

Cu基CO2合成甲醇催化剂载体的研究进展

氧化物载体与Cu之间的相互作用、CO₂的活化位点、表面反应机理、表面反应路径直接影响CO₂催化加氢的产物分布。因此，探明不同金属–载体的相互作用和界面微观结构至关重要。本文综述了CO₂催化加氢合成甲醇Cu基催化剂载体的研究现状，重点综述了ZnO、ZrO₂、CeO₂、TiO₂这4种具有氧空位的载体，并简单总结了SiO₂、Al₂O₃、Zn-Zr、Ce-Zr、钙钛矿等其他氧化物载体。Cu与ZnO之间的强金属相互作用（SMSI）所形成的Cu/ZnO_x是主要的活性位点，对其微观结构与反应机理研究得较为充分；对Cu/ZrO₂的研究主要集中在ZrO₂晶相的影响，不同的研究者所获得的结论尚存在争议；对Cu/CeO₂的机理研究停留在反向CeO₂/Cu(111)模型表面，负载型催化剂上不同晶面的CeO₂与Cu的相互作用强度不同，并影响反应性能；Cu/TiO₂中TiO₂的影响因素较多，如晶型、晶面等，目前对其研究尚不全面。最后，本文分析并展望了CO₂加氢制甲醇催化剂载体的研究方向，未来将采用与实际催化剂一致的正向模型表面进行基础研究，并基于原位表征手段对反应过程中催化剂的结构变化进行探索，最终设计高效、低成本的多元复合物载体的Cu基催化剂。     

修饰的CuO/Fe2O3水煤气变换催化剂的性能测试与表征

ZrO₂是一种高熔点金属氧化物,同时具有弱酸性和弱碱性以及氧化性与还原性,具有p型半导体性质,易产生氧空穴,是理想的催化材料。通过添加不同质量分数的ZrO₂(0~5%) 作为助剂,采用分步沉淀法制备系列CuO/Fe₂O₃-ZrO₂催化剂,通过XRD、N₂物理吸附-脱附、H₂-TPR和CO₂-TPD等表征技术,考察ZrO₂助剂对CuO/Fe₂O₃水煤气变换催化剂催化性能的影响。结果表明,适量ZrO₂（质量分数1%）的添加,削弱了CuFe₂O₄中铜铁物种之间的协同作用,增加了催化剂中可被还原的铜物种的数量,形成较多的弱碱性位点,有利于增加活性中心铜的数量,具有较好的水煤气变换反应活性和热稳定性。     

多级孔ZrO2/TiO2/ZSM-5分子筛的合成及吸附-光催化协同性能

以碱酸改后的凹凸棒土为硅源,利用溶胶-凝胶法将 TiO₂和 ZrO₂负载于一步水热合成的多级孔 ZSM-5 分子筛表面,形成多级孔 ZrO₂/TiO₂/ZSM-5 分子筛。通过 XRD、SEM 和 N₂吸附-脱附仪等手段对样品进行表征,研究 TiO₂和 ZrO₂掺杂对多级孔 ZSM-5骨架结构、形貌及孔道的影响,并对亚甲基蓝溶液进行实验,探究其吸附-光催化协同性能。结果表明：ZrO₂负载促进了锐钛矿 TiO₂的形成,同时利用分子筛的多级孔道和比表面积提高了底物富集能力。当反应进行 20 min时,TiO₂掺杂量为 10% 的 TiO₂/ZSM-5 分子筛光催化降解效率达 73%;进一步掺杂 ZrO₂,ZrO₂/TiO₂/ZSM-5 分子筛光催化反应效率提高至 96.2%,说明 ZrO...